光子學世界中的人們擅長的是提出新奇的點子和發明有趣的新鮮事物，同時他們還不斷的推動著現有的光子學技術進步。接下來將為你帶來2013年度光子學及激光領域的前20大進展：
1. 頭戴式顯示設備
近日，消費者在通信領域和計算機領域對“churn”的高度評價，使人們相信光子學研究是時候向和消費者世界的交叉路口進軍了。類似眼鏡的頭戴式顯示設備中，最著名的就是谷歌公司所研發的基于液晶顯示的谷歌眼鏡。同時，其他公司也在研究各自的設備，采用不同的顯示技術和成像技術，比如有機電致發光二極管和硅基板液晶顯示。
2. 對白光LED的理解
標準白光LED，由氮化鎵(GaN)半導體發射的藍光和磷光體發射的黃光合成，已經成為當今市場上效率最高的照明用白光光源。但是有一個限制它變得更加高效的因素，那就是所謂的“效率下降”現象——當白光LED的驅動電流升高時，量子效率出現下降的現象。此現象的發生機理已經爭論多年，最近，加州大學圣芭芭拉分校(UCSB)和法國巴黎綜合理工學院(位于法國巴黎的帕萊索小鎮)的研究人員的最新實驗結果明確指出，此現象可能會導致白光LED的照明效率達到300lm/W。
3. 功率最高的激光器及其測試方法
讓我們來到工業界，用于材料加工處理的激光器的功率變得更高了——實際上，它們現有的功率水平已經超過現有的應用水平了，這將促使研究者們去尋找怎樣才能充分利用這些高功率激光器。由IPG Photonics公司(位于馬塞諸塞州牛津鎮)研發的一種100千瓦的光纖激光器已經實現了商業化生產，第一臺產品在今年的早些時候被運送到NADEX激光研發中心(位于日本名古屋)，該中心主要針對激光器的材料處理性能開展詳細研究。對于這臺激光器，Ophir Photonics公司(位于猶他州北洛根)特意研發了一種激光功率計，在輸出1070納米的激光時，測程能夠覆蓋到100千瓦。
4. 直接半導體系統
高功率直接半導體激光傳輸是將二極管激光器的輸出光直接耦合進光纖中，最終能獲得高達千瓦量級的輸出，因為二極管激光器的電光轉換效率高達70%，所以這種方式的總體效率非常高。這種技術的難點在于如何將足夠大的激光能量耦合到非常細小的光纖當中，最終獲得有實用價值的并且亮度足夠大的光束。為此對多種耦合方法進行了實驗研究。
5. 應用于光譜學的垂直腔面發射激光器(VCSELs)
來自聯邦物理技術研究院(PTB，位于德國布倫瑞克)、達姆施塔特工業大學(位于德國達姆施塔特)、以及杜伊斯堡大學(位于德國杜伊斯堡)的科學家們已經完成了利用垂直腔面發射激光器(VCSELs)，開展可調諧二極管激光器吸收光譜(TDLAS或TDLS)的相關研究。此方法能夠用于檢測內燃機中的水蒸氣，可取代分布反饋式器。VCSELs有著很大的可調諧范圍，并且在高調制率時調諧范圍不會減小，因此能夠覆蓋整個吸收線范圍。
6. 激光建模軟件
在搭建激光器光路之前(或者實驗優化過程中)，如何能夠建立一個數值化物理模型，能夠描述激光器特征？Synopsys 公司(位于紐約州奧思寧)開發出一種名為Rsoft LaserMOD的新軟件，能夠對二極管激光器和VCSELs進行建模，軟件基于速率方程并選用了以特性測量導向的模型。這里有一個額外的選項：Simphotek公司(位于新澤西州紐瓦克市)的工程師發明了一種分析激光器和放大器的模型，滿足激光世界2012年度前20技術榜單的評選條件，同時公開了一些對極度復雜的激光和光與材料相互作用的物理過程迅速直接建模的研究案例。
7. 光子學研究成果展示
極紫外光刻光學系統。這是人們提出的最具實用價值的光子學項目之一，雖然已經經過了數十載的研究，但是仍處在發展當中。現在的技術水平已經可以以12納米的分辨率成像，并僅有幾個納米的圖像畸變。這是一項能夠讓你手中筆記本電腦和智能手機質量變輕的研究。對于采用傳統光源(準分子激光器)進行光刻而言，現如今的技術已經發展到了極限，光刻技術的發展的新方向就是13納米的極紫外(EUV)光刻。與以前一樣的是，光學系統的數值孔徑(NA)越大，其分辨率越高。
8. 薄片激光器
薄片激光器的結構上的優點是能夠快速的將激光增益介質中產生的熱量導出，并且不會帶來光束畸變，薄片激光器的輸出能力已經達到了30千瓦的水平，已經超過了美國國防部的“耐用電子激光倡議RELI”的能量水平，被認為是定向能武器的有力候選者。這種薄片激光器由波音公司(位于新墨西哥州阿爾伯克基)研發。
9. 更高的激光核聚變輸出
或許如今最大型的激光核聚變裝置當屬美國的國家點火裝置(NIF，位于加利福尼亞州利弗莫爾實驗室)，該裝置不僅要努力實現最低限度的任務目標即激光核聚變，而且要對美國核武器在實驗室中的存儲進行安全測試。今年，NIF創紀錄的從氘氚目標靶丸中產生了近的3 × 1015個聚變中子，向實現靶丸自持續燃燒的目標更進了一步——但是還沒有點火成功，正如一些大眾化新聞機構讓你相信的那樣。
10. 單中心透鏡
光學設計中最有趣的事情之一就是設計單中心透鏡，所謂單中心透鏡就是所有的面都有著相同的曲率中心，這樣能夠消除限制光場尺寸的所有因素(盡管成像“面”還是一個球面)。加州大學圣地亞哥分校的研究團隊發明了一種微型單中心透鏡，能夠適用于標準數碼單反相機(DLSR)。
11. 用于光學制造的OCT技術
光學相干斷層掃描(OCT)技術最知名的應用是對生物組織進行詳細的3D成像，但是其實OCT也能夠應用于其他方面。羅切斯特大學(位于紐約州羅切斯特)的研究人員以及另外一些研究人員報導了利用OCT技術進行聚合物梯度折射率透鏡的詳細描述，用以幫助其改善透鏡的制造過程。
12. 紙質太赫茲透鏡
前20榜單的候選名單都是一些新奇的技術，這使人深受啟發。這里要介紹一種非常實用的新奇技術：用紙制造太赫茲聚焦透鏡。這種技術是由華沙理工大學(位于波蘭華沙)和薩瓦大學(位于法國勒布爾熱)的研究人員提出的，這些菲涅爾區平透鏡被剪成直徑為100毫米的大小，并起到對一個太赫茲光學系統快速準確建模的作用。
13. 徑向振蕩光
與光子學領域的大多數研究人員相反，維也納科技大學(位于瑞士維也納)的研究者們制造出了沿徑向振蕩的光。他們使用光纖的隆起部分捕獲光，這種結構很實用，并允許光與物質通過光纖端面的隱逝波進行強耦合。
14. 用光纖傳輸每秒千萬億比特的數據
以前有誰能夠想到一根光纖就能夠傳輸以每秒近千萬億比特量級的速度傳輸數據？這一壯舉在今年早些時候由NTT公司 (位于日本橫須賀市、厚木市、和筑波市)Akihide Sano領導的研究小組實現。光纖包括12個芯，以一種 “交錯式傳播”方式分成兩個環形，環的相對方位使芯間的串擾最小。研究人員證明了單方向的傳輸速度為409 Tbit/s，則總傳輸速度為818 Tbit/s。#p#分頁標題#e#
15. 塊狀硅產生白光
在通常的認知里，塊狀硅并不適用做發光源。然而賓夕法尼亞大學(位于賓夕法尼亞州費城)的研究小組研制成功一種能夠產生寬譜可見光的塊狀硅，秘訣在于納米線和等離子體納米腔的正確結合。研究人員接下來的目標是用電泵浦此結構，使其能夠在集成光子學中發揮作用。16. 應用于光譜學的光子集成光路
光子集成光路(PIC)包括銻化鎵(GaSb)激光器和置于絕緣硅(SOI)上的光電探測器。PIC是實現芯片化短波紅外(SWIR)光譜儀的里程碑式的創造，在比利時根特大學(位于比利時根特)和蒙彼利埃大學(位于法國蒙彼利埃)研制成功。PIC工作波長為2微米區域(分子“指紋”區的短波限)。未來的設備能夠將這一范圍延展到中波紅外區(MWIR)。
17. 光學相控陣列
采用標準化CMOS制造技術，麻省理工學院(MIT，位于馬塞諸塞州劍橋)的研究人員在一塊面積僅為幾平方毫米的硅芯片上，制備出一種64×64陣列的光學納米天線相控陣列，每一個納米天線都是無線電相控陣列的光學版本。像無線電天線一樣，有可能通過光學相控產生一束高速電操縱的光束。一個較小的8×8陣列的原理樣機已經能夠引導1.55微米波長的光波傳輸。
18. 應用于光學相干斷層掃描(OCT)的可調諧垂直腔面發射激光器(VCSEL)
依靠微電機系統(MEMS)調諧波長的VCSLEs設備將OCT的掃頻光源軸向成像范圍從毫米量級擴大到幾十厘米量級，能夠對整個眼球進行體成像，能夠表征大型制造零件，并對設備的多普勒OCT掃描速率進行表征。該激光器由Thorlabs 公司(位于新澤西州紐頓)、Praevium Research公司(位于加州圣巴巴拉)、以及麻省理工學院(MIT)的研究人員研制成功，掃描頻率最高能達到1MHz，掃描深度大于15厘米。
19. 變焦隱形眼鏡
一種完全自給式的變焦隱形眼鏡今年在加州大學圣地亞哥分校的研究團隊努力下成功問世，這種眼鏡能夠使佩戴者選擇在正常畫面和放大的畫面之間進行切換。這種眼鏡的樣機包括一個液晶(LC)快門和四個共軸非球面反射鏡，擁有2.8倍變焦能力，并在一個機器眼上通過測試。當LC工作時，聚合物透鏡進行衍射相差校正。此項專利技術旨在緩解與年齡有關的黃斑性變(AMD)的視力問題。
20. 用光的方法使癲癇癥發病狀態停下來
本年度上榜的最后一個新技術有著大贏家的全部特征：本技術來源于一個快速增長的領域(光感基因技術)，旨在阻止一種真正使人衰弱的疾病(癲癇癥)，并且已獲得了一些初期的實驗成果，同時有可能解決許多傳統技術的副作用。在實驗中，將光纖植入到老鼠的腦內，植入的區域是腦電圖儀(EEG)顯示的癲癇癥發作點。使用經光纖輸出的黃燈來使癲癇發病狀態在1秒之內停下來。研究人員希望他們的成果能夠為傳統的電刺激的治療方法提供一種更好的代替方案。
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